Die Fertigung von Lithium-Ionen-Akkus erfordert ein extrem trockenes Raumklima. Lithium reagiert sehr stark auf Luftfeuchtigkeit. Selbst bei geringer Feuchte oxidiert es, was die Kapazität und Leistungsfähigkeit der Batterie deutlich mindert. Deshalb findet die Produktion der Batteriezellen in Trockenräumen statt, in denen die Luftfeuchtigkeit auf ein Minimum reduziert ist und deren Taupunkte bis zu –70 Grad Celsius betragen.
Individuelle Komplettlösungen
Die Planung eines Trockenraumsystems ist eine hochkomplexe Aufgabe. Denn schon kleinste Veränderungen der Luftfeuchte – beispielsweise, wenn die Mitarbeiter im Raum sprechen oder schwitzen, beeinträchtigen die Qualität der Batteriezellen.
Weiss Technik profitiert im Bereich Umweltsimulation von einer jahrzehntelangen Erfahrung in der Erzeugung von genau definierten klimatischen Bedingungen. Die Trockenraumsysteme des Unternehmens entfeuchten die Raumluft auf einen Restwassergehalt bis zu 0,0016 Gramm pro Kilogramm Luft. Das entspricht einem Taupunkt von –70 Grad Celsius. Die Systeme werden individuell für die Prozesse des Kunden konstruiert und schlüsselfertig in die Gebäudestruktur integriert. Der Fokus liegt dabei auf einer energieeffizienten Raumtrocknung.
Kombinierte Entfeuchtungsmaßnahmen
Um die erforderliche trockene Prozessatmosphäre zu gewährleisten, sind die Trockenräume vom umgebenden Produktionsgebäude luftdicht abgetrennt. In ihrem Inneren herrscht ein leichter Überdruck, der die Kammer vor dem Eindringen feuchter Außenluft schützt.
Die Trocknung selbst erfolgt durch zwei Entfeuchtungsverfahren: der Kondensationsentfeuchtung als Vorstufe und der Adsorptionsentfeuchtung. Die Kondensation entspricht der konventionellen Entfeuchtung durch Kühlung. Die Trockenraumanlagen von Weiss Technik kühlen die Frischluft im Produktionsbereich zunächst herunter, wobei ein großer Teil der Feuchtigkeit kondensiert. In der zweiten Stufe entziehen speziell beschichtete Trocknungsräder die Restfeuchtigkeit nach dem Prinzip der Adsorptionsentfeuchtung. Die Luft im Produktionsbereich wird dabei kontinuierlich entfeuchtet, indem sie in einem Umluftprinzip über den Entfeuchtungsrotor geleitet wird.
Hoher Wirkungsgrad durch Adsorptionsentfeuchtung
Mit der Adsorptionsentfeuchtung lässt sich ein kontinuierlicher Entfeuchtungsprozess mit Taupunkttemperaturen bis zu –70 Grad Celsius realisieren. Speziell beschichtete Trocknungsräder entziehen der Raumluft die Feuchtigkeit bis zum angestrebten Wert. Die zu trocknende Luft strömt durch eine Schicht aus Faservlies, welches eine Struktur aus gebundenem Silicagel und Metallsilikat aufweist, und wird auf die erforderliche Taupunkttemperatur entfeuchtet. Ein Adsorptionsrad nimmt die entzogene Feuchtigkeit auf. Im Gegenstrom wird die im Silicagel absorbierte Feuchte mittels heißer Regenerationsluft ausgetrieben.
Anlagenbilanzierung für jeden Trockenraum
Die Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien erfolgt in der Regel in Einzelräumen mit unterschiedlichen Trockenraumbedingungen. Die Räume benötigen individuelle Taupunkte und Reinheitsgrade. Zudem sind sie unterschiedlichen Einflüssen ausgesetzt, wie beispielsweise anwesende Mitarbeiter oder eingesetzte Geräte. Die Erzeugung der notwendigen, extrem trockenen Prozessatmosphäre kann zudem bis zu 40 % der für die Batterieproduktion erforderlichen Energie benötigen.
Die Ermittlung der Anforderungen an den jeweiligen Trockenraum und die Anlagenbilanzierung gehören zur Kernkompetenz des Unternehmens. Der Anlagenbauer realisiert Trockenraumsysteme, die alle Faktoren berücksichtigen und eine hohe Energieeffizienz aufweisen.
Anwendungsspezifisch konfigurierte Trockenraumsysteme
Die Erfahrung zeigt, dass Standardprodukte zur Raumtrocknung den komplexen Anforderungen meist nicht gerecht werden. Anders als marktüblich, plant und baut das Unternehmen deshalb seine Trockenraumsysteme individuell für den jeweiligen Prozess und die einzelne Trockenkammer. Die Luftentfeuchtungsanlagen sind „tailormade“ konfiguriert und optimiert und erzielen effektive und energiesparende Trocknungsvorgänge.
Systemintegration schlüsselfertiger Gesamtlösungen
Weiss Technik unterscheidet sich noch in einem weiteren bedeutsamen Leistungsmerkmal von seinen Wettbewerbern: Das Unternehmen ist spezialisiert darauf, Klimakammern in bestehende und in neue Gebäudestrukturen zu integrieren. Der Anlagenbauer besitzt die Planungs- und Lösungskompetenz, Trockenraumprojekte von A bis Z aus einer Hand zu realisieren. Dabei liegt der Fokus auf den eingesetzten Geräten, der richtigen Versorgung der Kammern und der Einbindung in das Anlagen- und Sicherheitskonzept des Kunden.
Bei Neubauprojekten zur Batteriezellenfertigung werden die Luftentfeuchtungstechnik ebenso wie die Architektur des Trockenraums geliefert. Das außergewöhnlich breite Leistungsspektrum umfasst Komplettlösungen für die Trockenraumtechnik sowie Lüftungs-, Luftreinigungs- und Luftentfeuchtungstechniken in Bezug auf spezielle Klimaanforderungen. Neuanlagen lassen sich so zu optimalen Kosten realisieren. Der gesamte Anlagenbau – von der Planung über die Umsetzung bis zur Inbetriebnahme wird realisiert. Bereits in der Vorprojektierungsphase unterstützen die Ingenieure den Kunden mit einer kompetenten Beratung und einer hohen Dialogbereitschaft.
Umfassendes Betreuungspaket im Aftersales
Nach der Inbetriebnahme steht Weiss Technik seinen Kunden mit einem flächendeckenden Servicenetz als reaktionsschneller und kompetenter Partner zur Seite. Die Service-Help-Line ist rund um die Uhr erreichbar. Das Zentrallager liefert über Nacht und in dringenden Fällen sind gut ausgebildete und erfahrene Servicetechniker innerhalb von 24 Stunden vor Ort. Ersatzteile für verbaute Anlagen sind langfristig lieferbar.
Der Leistungskatalog reicht von regelmäßigen Wartungen und Kalibrierungen über Dichtigkeits- und Sicherheitsprüfungen bis zum RetroFit der Anlage. Für die Wartung der Trockenraumanlage bietet Weiss Technik gestaffelte Möglichkeiten mit Basis-, Premium- und Vollwartung.
electronica, Stand A3.225
Bild: Weiss TechnikDer Autor Eike Higgen ist SBA Manager Automotive Testing Solutions bei Weiss Technik
Batteriefertigung in der Automobilindustrie
Für einen Automobilhersteller realisiert Weiss Technik eine umfassende Trockenraum-Komplettlösung inklusive Systemintegration. Der Autobauer erteilte dem Unternehmen den Zuschlag für die Trocknungstechnik in einem neuen Pilotwerk zur Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus. Die Fertigstellung des Trockenraumsystems erfolgt bis Ende 2022. Vorangegangen war eine erfolgreiche Zusammenarbeit bei der Lieferung eines Trockenraums für eine Forschungsanlage in 2019. Auf rund 3.000 m2 wurden zehn Einzelräume mit teils unterschiedlichen Trockenraumbedingungen errichtet. Die Klimatisierung der Räume erfolgt getrennt und autark, um eine möglichst energieeffiziente und wirtschaftliche Produktion zu erzielen.
Das Unternehmen projektiert und liefert die Trockenraum- und Klimatechnik mit Adsorptionstrockner, Klimatisierung sowie den Zellen- und Stahlbau inklusive Wand und Decke sowie Schleusen, Kanal- und Rohrleitungen. Die Anlage ist auf maximale Energieeffizienz ausgelegt, was die Well-to-Wheel-Bilanz des Produktionsprozesses spürbar verbessert. Nach Fertigstellung wird das System im Rahmen regelmäßiger Wartungen und Servicearbeiten vom Unternehmen betreut.
Gesamtsystem für Batterieforschung
Ein weiteres individuell konfiguriertes Trockenraumsystem für die Entwicklung und Produktion von Lithium-Ionen-Batterien baut Weiss Technik zurzeit in Norwegen. Auftraggeber ist die norwegische Forschungsorganisation SINTEF.
In einem neu errichteten Kompetenzzentrum will sie Lithium-Ionen-Akkus für zukünftige Elektroantriebe erforschen und entwickeln. Weiss Technik konstruiert und liefert den Zellenbau sowie die bedarfsgerechte Luftentfeuchtungstechnik des rund 155 m2 großen Trockenraums. Die Zielvorgabe des Kunden ist eine konstante Taupunkttemperatur im Raum von –42,5 Grad Celsius bei maximaler Energieeffizienz.
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